專利名稱：鎮(zhèn)流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于具有諧振啟動的放電燈的鎮(zhèn)流器裝置，包括一個位于橋式整流電路的對角支路中并且與電燈連接串聯(lián)的線圈，還包括一個與這些連接并聯(lián)的電容器，該整流電路給燈提供幅值較小、頻率較低的方波電源電壓，在正常運(yùn)行階段之前的啟動階段中，通過在根據(jù)時間變化的開關(guān)頻率切換電壓，使整流電路以較高頻率整流。
更具體講，本發(fā)明涉及具有燈的諧振啟動的鎮(zhèn)流器裝置，其中，通過使所述線圈和所述電容器電氣諧振，將使燈啟動的啟動電壓加在電燈連接的兩端。
背景技術(shù)：
例如，在序列號為EP 0408121的歐洲專利申請中披露了這種鎮(zhèn)流器裝置。在所述申請中，描述了在啟動階段中，以隨時間變化的開關(guān)頻率使整流電路整流，該頻率某一瞬間經(jīng)過所述線圈和電容器的諧振頻率。本發(fā)明的一個目的是在諧振啟動階段與正常運(yùn)行階段之間的所謂接管/預(yù)熱階段利用輝光放電對燈的電極充分加熱，以便在沒有供電電路的情況下，可靠地轉(zhuǎn)換到正常運(yùn)行階段，該電路反過來又為超負(fù)載的整流電路供電。
按照同樣涉及諧振啟動的序列號為5932976的美國專利，其中，也使用了整流電路的按照頻率進(jìn)行掃描的電路頻率，在頻率掃描的結(jié)尾，將頻率保持在與線圈和電容器的諧振頻率接近的頻率值一段時間。但是，結(jié)果使反過來為整流電路供電的電源電路負(fù)載很重，并且燈的電極沒有被有效預(yù)熱。

發(fā)明內(nèi)容
利用如上定義的用于具有諧振啟動的放電燈的鎮(zhèn)流器裝置實(shí)現(xiàn)了按照本發(fā)明的目的，所述整流電路的特征在于，在所述啟動階段與所述正常運(yùn)行階段之間的接管/預(yù)熱階段，將比所述較高頻率電源電壓的頻率低的電源電壓提供給燈，與所述較高頻率的電源電壓的頻率相比，使該電壓的頻率按照一個或多個時間順序的步驟減小一個頻率臺階，以便在接管/預(yù)熱階段中使每次提供給燈的電流最佳。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在接管/預(yù)熱階段，通過用與開關(guān)頻率無關(guān)的因數(shù)2放大燈電容器兩端的電壓，電容器兩端的電壓足以在正常運(yùn)行階段產(chǎn)生轉(zhuǎn)換接管(take-over)，從而可以按照這個階段需要提供給燈的電流來選擇頻率。開關(guān)頻率越低，這個所謂的接管電流越高，本發(fā)明通過按照階段和步驟減小開關(guān)頻率來利用這個現(xiàn)象，其結(jié)果可以預(yù)防太大的電流，如在接管階段中，在燈的性能不均勻的情況下可能發(fā)生的電流，這個不均勻性能具有整流器作用并且因此產(chǎn)生單邊大電流。
參照以下描述的實(shí)施例，將清楚和明白本發(fā)明的這些和其他方面。


圖1示出了以簡化形式表示的UHP燈的常規(guī)鎮(zhèn)流器裝置，其中省略了對于理解本發(fā)明來說不必要的細(xì)節(jié)；圖2示出了作為圖1的整流電路的開關(guān)頻率的函數(shù)的燈電壓；圖3為鎮(zhèn)流器電路在不同的時間運(yùn)行階段示意圖，其中，示出了電壓幅值和開關(guān)頻率；圖4示出了在接管/預(yù)熱階段中作為開關(guān)頻率的函數(shù)的燈電流；圖5示出在接管階段中作為時間的函數(shù)的燈電壓。
具體實(shí)施例方式
按照圖1用于放電燈的鎮(zhèn)流器裝置包括連接到AC電壓干線1的AC/DC變換器電路2，該變換器電路包括作為輸出電容的電容器C1。
也稱為“斬波器”的受控/開關(guān)DC/DC變換器電路3連接到變換器電路1，該斬波器包括被切換的開關(guān)晶體管T0、二極管D1、線圈L1和輸出電容器C2。在正常運(yùn)行階段，在控制電路4的控制下，按照已知的方式將該斬波器用于使燈電流穩(wěn)定，在正常運(yùn)行階段中，在燈中發(fā)生連續(xù)弧光放電，即“開”燈。
包括受控制電路6控制的開關(guān)晶體管T1-T4的整流電路5連接到斬波器3。在橋形整流電路5的對角支路P1-P2中，有與燈L的電燈連接串聯(lián)的線圈L2以及與這些連接并聯(lián)的燈電容器C3。
例如，燈L為HID燈或UHP燈。在燈L中連續(xù)產(chǎn)生弧光放電，因而“開”燈的正常運(yùn)行階段，控制電路6給開關(guān)晶體管T1-T4提供頻率較低的開關(guān)電壓，使這些晶體管按TI、T4和T2、T3的導(dǎo)通方式交替成對導(dǎo)通和關(guān)斷，由此給燈提供幅值較小或適中的方波電源電壓。
在所述正常運(yùn)行之前的諧振啟動階段，控制電路6給開關(guān)晶體管T1-T4提供頻率較高的開關(guān)電壓，開關(guān)頻率隨時間變化，以便(至少近似地)使線圈L2與電容器C3電氣諧振，從而在燈L兩端產(chǎn)生啟動電壓。
本發(fā)明人進(jìn)行了試驗，在圖2中示出了試驗的結(jié)果，該結(jié)果產(chǎn)生了使線圈L和電容器C3諧振的新方法。
在所述試驗中，在空載電路的情況下，測量作為開關(guān)頻率fb的函數(shù)的燈電壓VL，控制電路6使橋形整流電路5按照該開關(guān)頻率fb整流，以下將其稱為橋頻率fb。
圖2示出了在L2＝150mH并且C3＝250pF，即自然諧振頻率f0＝1/2π根下LC，約等于820kHz的情況下，隨橋頻率fb變化的燈電壓VL。由H3、H5和H7表示的電壓峰值出現(xiàn)在橋頻率fb，在該橋頻率fb，L2-C3分別在橋頻率的三次、五次和七次諧波頻率開始諧振。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果L2-C3在橋頻率fb的三次諧波諧振，即如果已知線圈L2的自感值和電容器C3的電容，將橋頻率fb選擇為占L2-C3的自然諧振頻率的三分之一，則峰值H3可以給燈L提供足夠高的啟動電壓，并且根據(jù)燈的類型，甚至可能高于需要的電壓，并且峰值H5和H7也能夠如此，可以肯定，隨著UHP和HID燈的進(jìn)一步發(fā)展，可以減小這些燈的啟動電壓的需要值。
這些結(jié)果產(chǎn)生了在圖3所示操作放電燈的方法。
在圖3A中，垂直方向表示空載電路的電壓幅值V，水平方向表示時間t，在圖3B中，垂直方向表示頻率f，水平方向表示時間t(這些圖不是按照比例繪出的；它們僅用作示意性的表示)。
其中燈連續(xù)“開”的正常運(yùn)行階段從時刻t3開始，在這個階段中，將頻率較低，例如90Hz，且幅值較小的方波電源電壓提供給燈。
所討論的階段，即啟動階段自開始直到t2，t1為重要的中間時刻。在這個階段中，在中間時刻t1之前，整流電路5以隨時間變化的橋頻率fb運(yùn)行，其中fb從例如210kHz變到160kHz，L2和C2使用的值分別為250μH和330pF，產(chǎn)生L2-C3的大約為554kHz的諧振頻率fo，因而在任何時刻，橋頻率fb可以達(dá)到這樣的值(近似554/3＝185kHz)，即橋頻率fb的三次諧波頻率等于諧振頻率f，并且在電容器C3兩邊建立能夠啟動燈的電壓峰值(圖2中的H3)。在這個連接中注意，只要橋頻率的三次諧波頻率接近諧振頻率fo，但距所述諧振頻率尚有一定距離(例如1kHz或更多)，就可在燈電容器兩端建立足夠高的啟動電壓。
這是有利的，因為諧振頻率fo與橋頻率fb的比例為3∶1，線圈L2的自感和電容器C3的電容量的值可以比常規(guī)的比例為1∶1的值低得多，盡管如此，仍然可以在不很高的橋頻率下進(jìn)行諧振啟動。
圖3A示出了燈兩端的在時刻t1之前上升的電壓，當(dāng)橋頻率fb接近諧振頻率f0的三分之一時，或者換句話說，當(dāng)fb的三次諧波接近fo時，出現(xiàn)啟動電壓。該時刻由電壓電平檢測電路7(圖1)檢測，該電路接在燈連接P3、P2兩邊，當(dāng)P3與P2之間的電壓達(dá)到某個電平時開始動作，并且在這種情況下，使這個電壓穩(wěn)定在至少接近所述值，開始動作之后，所述檢測電路7給控制電路6提供一個指示信號，結(jié)果，后者將壓控振蕩器VCO保持在得到的頻率，該振蕩器連接在或包含在所述控制電路中，從該振蕩器得到橋頻率fb，在時刻t2之前，該頻率至少接近諧振頻率fo的三分之一。
為了說明，從t1到t2的時間長度可以是例如500ms，以便可靠啟動，從開始到t1的時間長度可以是例如100ms，但不是必要的。
如果峰值H5和H7(圖2)分別能夠提供足夠高的啟動電壓，則可以將以上提及的關(guān)于三次諧波的內(nèi)容加以適當(dāng)修改后應(yīng)用于五次和七次諧波，以上為了說明給出的值都不應(yīng)理解為限制性的，時間0-t1、t1-t2的值也只是為了說明，并且如果需要可以通過實(shí)驗確定。
重要的是在諧振啟動的啟動階段(圖3A的0-t2)與“開”燈的正常運(yùn)行階段(t3之后)之間引入預(yù)熱和/或接管階段，在預(yù)熱和/或接管階段中，通過輝光放電使燈的電極預(yù)熱。
啟動之后，燈近似形成短路(電阻接近1歐姆)，如果在燈兩端產(chǎn)生接近三次諧波的空載電壓并且燈變?yōu)槎搪?，則連接到整流電路5的斬波器或控制部分3提供較低的峰值電流，實(shí)踐中，該電流低于1安培。但是，為了使燈的電極預(yù)熱，需要較高的峰值，例如，實(shí)踐中接近2安培，并且控制部分3的輸出電容器C2兩端需要足夠高的電壓。
圖2中的，由本發(fā)明人通過實(shí)驗得到的，在空載電路的燈電壓與橋頻率的關(guān)系曲線表明燈電壓總是高于虛線所示電平，在所述具體情況下，在輸出電容器C2兩端的電壓近似為160伏時，該電平為320伏。
進(jìn)一步實(shí)驗產(chǎn)生了圖4中的曲線，其中繪出了燈電流I1與橋頻率fb的關(guān)系曲線。該曲線說明，為了得到理想電流值，必須減小橋頻率。
圖5示出在橋頻率，例如100kHz，的1個周期中，燈兩端作為時間函數(shù)的電壓V1，所示的振蕩Os的頻率等于L2-C3的諧振頻率fo。因此，諧振電路L2-L3被100kHz的信號激勵，且在電容器C3兩端建立兩倍于輸出電容器C2兩端峰值電壓值的振蕩OS，其結(jié)果，在輸出電容器C2上的較低的電壓就足夠了。
如圖3B所示，在時刻t2，將在時刻t1得到的頻率近似為f0/3的橋頻率fb(例如283kHz)減小一個臺階，例如減小到128kHz，以便使在這個階段中提供給燈的電流最佳，并且應(yīng)該考慮，燈的性能不均勻也會導(dǎo)致很大的不對稱電流。在時刻t2′，為了得到有利于在時刻t3轉(zhuǎn)換到正常運(yùn)行階段的更大(對稱)電流，可以使橋頻率進(jìn)一步減小一個臺階，例如減小到84kHz。例如，t2-t3的持續(xù)時間可以是1秒。
需要注意，在時刻t2-t3期間，可以根據(jù)電流的需要對頻率臺階的數(shù)量和大小的選擇最佳，并且不應(yīng)該將上述的純示意性的數(shù)據(jù)理解為對頻率臺階的數(shù)量和大小的限制。
參照圖3A，還應(yīng)該注意，示出了在t3之前，在空載電路，即燈沒有被啟動的狀態(tài)中的電壓；在擊穿之后，該電壓低得多。實(shí)踐中，在t1與t3之間，燈可能再次熄滅。在這種情況下，如上所述，由于總有超過大約300V的最小電壓(圖3和圖5)，燈將再次“開”。如果在時刻t3之后燈不保持開的狀態(tài)—這可以按照已知的方法確定—則一段時間之后，重復(fù)上述的全部過程(圖3B)。
上述關(guān)于在啟動和接管/預(yù)熱階段中橋頻率fb變化的描述應(yīng)該允許本領(lǐng)域技術(shù)人員以固定或可變的，給整流電路5提供合適的開關(guān)電壓的方式，對例如以微控制單元(微控制器)或微處理單元(微處理器)形式的配有VCO的控制電路6進(jìn)行編程。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該能夠選擇具有指示信號的電壓檢測電路7，該電路可以是常規(guī)類型。
總而言之，按照本發(fā)明的措施提供了一種鎮(zhèn)流器裝置，其優(yōu)點(diǎn)在于該裝置包括小尺寸的與燈連接串聯(lián)的線圈和小尺寸的與燈連接并聯(lián)的電容器，可以在靠近橋頻率的奇次諧波頻率使燈可靠啟動，并且在接管/預(yù)熱階段中，電壓和經(jīng)過優(yōu)化的電流足夠高。
權(quán)利要求
1.一種鎮(zhèn)流器裝置，用于具有諧振啟動的放電燈，包括一個線圈，該線圈位于一個橋形整流電路的對角支路中，并被安排與電燈連接串聯(lián)，還包括一個電容器，與這些連接并聯(lián)，在燈的正常運(yùn)行階段中，所述整流電路給燈提供頻率較低、幅值較小的方波電源電壓，其中在所述燈的正常運(yùn)行階段中，在燈內(nèi)部持續(xù)發(fā)生電弧放電，而在所述正常運(yùn)行階段之前的啟動階段，給燈提供頻率較高的電源電壓，這使得所述線圈和所述電容器發(fā)生電氣諧振，特征在于，在所述啟動階段與所述正常運(yùn)行階段之間的接管/預(yù)熱階段，將頻率比所述較高頻率的電源電壓低的電源電壓提供給燈，與所述較高頻率的電源電壓的頻率相比，該電壓的頻率按照一個或多個時間順序的步驟減小一個頻率臺階，以便使所述接管/預(yù)熱階段中每次提供給燈的電流最佳。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使放電燈啟動和運(yùn)行的鎮(zhèn)流器裝置。該燈連接在整流橋中，與電感器串聯(lián)并且與電容器并聯(lián)。在啟動階段中，電感器和電容器共同形成一個諧振電路。然后，使整流橋以較高頻率整流。在啟動階段之后，燈達(dá)到預(yù)備階段，導(dǎo)致穩(wěn)定運(yùn)行階段。在穩(wěn)定運(yùn)行階段中，使整流橋以較低頻率整流。按照本發(fā)明，在啟動階段中，使整流頻率逐步地從較高頻率降低到穩(wěn)定運(yùn)行階段的低頻，從而使預(yù)備階段中提供的電流最佳。
文檔編號H05B41/38GK1579114SQ02821766
公開日2005年2月9日 申請日期2002年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者W·H·M·蘭格斯拉格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司